基于级联四波混频过程的相干反馈控制系统理论研究
发布时间：2021-03-06 14:18
量子信息技术是当前全球关注的研究热潮,它所描绘的美好蓝图让很多国家将发展量子信息技术作为重要的战略方向。非经典态光场在量子精密测量、量子计算、超高安全以及超容量光信息通讯等技术中有着巨大的应用潜能,因此研究非经典光场的量子特性对于量子信息技术的发展具有重要意义。例如,具有高度关联性的量子关联多光束能够有效提高量子信息协议的通信保真度以及量子计量学中多参数测量精度;量子纠缠是量子信息技术发展的核心资源,提高量子纠缠的组份或者纠缠程度是很多研究小组的目标。在本论文中,我们将相干反馈控制策略与级联四波混频过程相结合,构造三种基于级联四波混频过程的相干反馈控制系统,通过理论计算研究反馈强度对系统的三光关联程度以及多组份量子纠缠特性的影响,以寻找到最佳的参数值实现对系统三光量子关联程度的增强以及对系统量子纠缠特性的优化。本论文主要分为以下三个部分:1、结合原子跃迁能级图详细描述热铷原子池中发生的四波混频过程以及原理,用量子力学方法推导出四波混频过程产生的孪生光束与输入光场的关系式,并对它们的相对强度差压缩度进行分析,为后面两章节的研究计算做好理论铺垫。2、基于铷原子系综级联四波混频过程,用一个光...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相空间中正交振幅方向被压缩的真空态
华东师范大学研究生硕士学位论文图2-1(a)铷原子池四波混频过程产生一对孪生光束，a0为相干态注入的探针光束，c0为泵浦光束，b0为真空态注入的共轭光束，a1为经过四波混频过程放大的探针光束，b1为系统产生的与a1对称分布在泵浦光两侧的共轭光束。(b)85Rb原子D1线能级结构图，HF1和HF2分别代表5S1/2和5P1/2分裂的超精细能级间距。(c)85Rb原子D1线跃迁能级结构图，描述了一个完整的四波混频过程，和δ分别表示单光子失谐和双光子失谐。所示，5S1/2和5P1/2间的中心波长为795nm，其中5S1/2的两个超精细能级（F=2与F=3）间距约为3.036GHz，5P1/2的两个超精细能级（F=2’与F=3’）间距约为316.58MHz。由于四波混频过程前后系统的能量和动量守恒，光场模式间的相位匹配条件为：2kpump=kprobe+kconjugate,2ωpump=ωprobe+ωconjugate,(2-1)其中，kpump、kprobe、kconjugate和ωpump、ωprobe、ωconjugate分别表示为泵浦光、探针光、共轭光的波矢和频率。相位匹配条件表明四波混频过程中两个泵浦光子湮灭的同时并分别转化为一个探针光子与一个共轭光子，这个过程用哈密顿量形式表示为：H=i(γacbcγacbc),(2-2)其中，第二项表明四波混频过程可逆，γ表示相互作用强度，a、b和c分别对应着参与四波混频前后三束光的湮灭算符。因为实际的泵浦光强度要远大于另外两束光的强度，在经历过四波10
华东师范大学研究生硕士学位论文下面利用这两式计算共轭光与探针光的强度差压缩，它们二者的相对强度起伏NaNb在压缩变换下不变，因此：Var(NaNb)=Var(Na)=aa.(2-11)标准量子极限Var(NaNb)SQL为共轭光与探针光光子数和的平均值，结果为Var(NaNb)SQL=aa+bb=(2G1)aa.(2-12)根据式(2-11)和式(2-12)得到强度差压缩为：DS=Var(NaNb)Var(NaNb)SQL=12G1.(2-13)从上式可以得到，当强度增益G大于1时，输出的共轭光和探针光的相对强度压缩的大小随着G的增大而变大。相对强度差压缩度除了可以用来判断光场的量子态是否为非经典态，它还可以用来刻画光束之间的量子关联程度，压缩度越低，说明系统的关联性越强。从上面的结果可以看出，基于铷原子系综的四波混频系统产生了一对孪生量子关联光束，它们在空间上自然分离，利用这一优点，我们小组实验上完成了利用四波混频过程构建了多种量子系统来产生多光量子关联等系列工作，例如，通过级联结构的四波混频过程产生三光量子关联[48]，其压缩度达-7.0dB。最近我们小组利用两个空间结构的泵浦光，将它们注入到同一原子池当中通过空间复用的图2-2(a)级联四波混频过程产生三光量子关联的实验装置图[48]。(b)两个空间结构泵浦光注入到原子池中得到六个输出光束的理论模型[49]。(c)采用双泵浦注入的方式实现六组份量子纠缠实验装置图[50]。(d)双泵浦注入结构产生十光量子关联实验装置图[51]。12
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子隐形传态[J]. 苏晓琴,郭光灿. 物理学进展. 2004(03)
本文编号：3067254
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相空间中正交振幅方向被压缩的真空态
华东师范大学研究生硕士学位论文图2-1(a)铷原子池四波混频过程产生一对孪生光束，a0为相干态注入的探针光束，c0为泵浦光束，b0为真空态注入的共轭光束，a1为经过四波混频过程放大的探针光束，b1为系统产生的与a1对称分布在泵浦光两侧的共轭光束。(b)85Rb原子D1线能级结构图，HF1和HF2分别代表5S1/2和5P1/2分裂的超精细能级间距。(c)85Rb原子D1线跃迁能级结构图，描述了一个完整的四波混频过程，和δ分别表示单光子失谐和双光子失谐。所示，5S1/2和5P1/2间的中心波长为795nm，其中5S1/2的两个超精细能级（F=2与F=3）间距约为3.036GHz，5P1/2的两个超精细能级（F=2’与F=3’）间距约为316.58MHz。由于四波混频过程前后系统的能量和动量守恒，光场模式间的相位匹配条件为：2kpump=kprobe+kconjugate,2ωpump=ωprobe+ωconjugate,(2-1)其中，kpump、kprobe、kconjugate和ωpump、ωprobe、ωconjugate分别表示为泵浦光、探针光、共轭光的波矢和频率。相位匹配条件表明四波混频过程中两个泵浦光子湮灭的同时并分别转化为一个探针光子与一个共轭光子，这个过程用哈密顿量形式表示为：H=i(γacbcγacbc),(2-2)其中，第二项表明四波混频过程可逆，γ表示相互作用强度，a、b和c分别对应着参与四波混频前后三束光的湮灭算符。因为实际的泵浦光强度要远大于另外两束光的强度，在经历过四波10
华东师范大学研究生硕士学位论文下面利用这两式计算共轭光与探针光的强度差压缩，它们二者的相对强度起伏NaNb在压缩变换下不变，因此：Var(NaNb)=Var(Na)=aa.(2-11)标准量子极限Var(NaNb)SQL为共轭光与探针光光子数和的平均值，结果为Var(NaNb)SQL=aa+bb=(2G1)aa.(2-12)根据式(2-11)和式(2-12)得到强度差压缩为：DS=Var(NaNb)Var(NaNb)SQL=12G1.(2-13)从上式可以得到，当强度增益G大于1时，输出的共轭光和探针光的相对强度压缩的大小随着G的增大而变大。相对强度差压缩度除了可以用来判断光场的量子态是否为非经典态，它还可以用来刻画光束之间的量子关联程度，压缩度越低，说明系统的关联性越强。从上面的结果可以看出，基于铷原子系综的四波混频系统产生了一对孪生量子关联光束，它们在空间上自然分离，利用这一优点，我们小组实验上完成了利用四波混频过程构建了多种量子系统来产生多光量子关联等系列工作，例如，通过级联结构的四波混频过程产生三光量子关联[48]，其压缩度达-7.0dB。最近我们小组利用两个空间结构的泵浦光，将它们注入到同一原子池当中通过空间复用的图2-2(a)级联四波混频过程产生三光量子关联的实验装置图[48]。(b)两个空间结构泵浦光注入到原子池中得到六个输出光束的理论模型[49]。(c)采用双泵浦注入的方式实现六组份量子纠缠实验装置图[50]。(d)双泵浦注入结构产生十光量子关联实验装置图[51]。12
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子隐形传态[J]. 苏晓琴,郭光灿. 物理学进展. 2004(03)
本文编号：3067254
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3067254.html
